貝雷法中粗集料含量對薄層瀝青混凝土抗滑性能的影響

陳淑華

（河北省高速公路石安管理處，河北 石家莊 054001）

0 引言

我國的高速公路發展迅速，已經逐步建立了較為快捷的公路網，通車里程居世界前列。瀝青路面因其優良的性能，在高等級公路中應用較廣泛。但是，已建成使用的瀝青公路將會面臨多種因素的影響，公路養護越來越受到人們的重視?，F今，我國的交通量增長較快，軸載亦有增大趨勢，在高溫情況下瀝青路面容易形成車轍。在路面車轍（1.5~2.5cm）不易使用單層微表處的情況下，可采用小粒徑薄層罩面修復。隨之而來的問題是小粒徑面層的抗滑性是否滿足安全性的要求，這得到了人們的普遍關注。在評價抗滑性時，采用構造深度和摩擦系數。本文通過研究不同CA比對瀝青混合料抗滑性的影響，以期找到合適的CA比獲得較好的抗滑安全性。

1 原材料試驗

1.1 瀝青

在試驗過程中，本文采用廣東茂名產的SBS改性瀝青（Ⅰ—D）。根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）對選用的瀝青主要技術指標進行測定，試驗結果見表1。

表1 SBS改性瀝青（Ⅰ—D）基本指標

表1 （續）

1.2 集料

由于罩面層的特殊性，對石料要求較高，試驗采用玄武巖。粗集料和細集料的主要性能指標見表2和表3。

表2 粗集料基本指標

表3 細集料基本指標

本文采用的礦粉為石灰巖，其基本性能見表4。

表4 礦粉的基本指標

2 研究方案

2.1 CA比介紹

貝雷法主要通過控制關鍵篩孔的通過率，使礦質混合料獲得優良的骨架結構。貝雷根據二維數學模型，認為細一級粒料的粒徑與形成骨架的大粒徑的比值大致為0.15~0.29（取中值為0.22）。因此，控制篩孔可通過以下公式確定：

PCS=0.22×NMPS

SCS=0.22×PCS

TCS=0.22×SCS

式中：PCS為第一控制篩孔尺寸（mm）；NMPS為公稱最大粒徑（mm）；SCS為第二控制篩孔尺寸（mm）；TCS為第三控制篩孔尺寸（mm）。

貝雷法有3個評價參數（CA比、FAc比、FAf比），其中，CA比用來評價粗集料含量和空隙特征。CA比計算公式為：

式中：PD/2為粒徑為D/2（D為公稱最大粒徑）的通過率（%）；PPCS為第一控制篩孔的通過率（%）。

因此，對于AC—10型瀝青混合料，主要控制篩孔見表5。

表5 AC—10型瀝青混合料主要控制篩孔

2.2 研究方案設計

路面抗滑能力關系到汽車行駛的安全性，路面與輪胎之間摩擦力的大小與3個因素有關：（1）行駛車輛的速度、輪胎的花紋類型和破損程度、輪胎與路面的接觸面積等；（2）路面構造及其潮濕程度；（3）外界氣候條件。從路面自身角度出發，路面抗滑性主要與路面構造有關。路面構造可分為宏觀構造和微觀構造。宏觀構造主要與粗集料的形狀、尺寸和分布等有關；微觀結構決定于集料的礦物組成、棱角性和表面特征等。

本文采用AC—10型瀝青混合料，采用不同CA比的級配，按照確定的最佳油石比成型車轍板，并進行抗滑性指標測定。在試驗過程中，設定5個CA比（0、0.1、0.2、0.3、0.4），具體級配見表6和圖1。雖然本文采用不同的CA比，但是各級配2.36mm及以下篩孔通過率保持一致，而油石比與細料所占比例有緊密聯系，考慮到試驗的對比性，決定采用統一的油石比，并且最佳油石比是在CA比為0.4的級配基礎上確定的，取為5.2%。

表6 不同級配篩孔通過率（%）

圖1 不同級配篩孔通過率

3 路面構造深度試驗

3.1 路面構造深度試驗方法及結果

測定路面構造深度可以評定路面的宏觀構造，在一定程度上反映了路面的抗滑性。瀝青路面宏觀構造反映了路面水平方向上的凹凸情況，與粗集料的形狀、尺寸和分布等有關。宏觀構造為車輛輪胎和路面接觸界面的動力水排出提供了通道，因而可以提高路面抗滑性。

按照設定的5種級配和確定的最佳油石比（5.2%），成型車轍板。根據《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60—2008）中的構造深度試驗方法（T 0961—1995）進行試驗。路面表面構造深度計算公式為：

式中：TD為路面表面構造深度（mm）；V為砂的體積（cm3）；D為攤平砂的平均直徑（mm）。

試驗結果見表7和圖2。

表7 不同CA比下測定的構造深度

圖2 構造深度與CA比之間的關系

3.2 路面構造深度試驗結果分析

分析表7和圖2可知，當CA比在0~0.4時，構造深度隨CA比的增大而減小，CA比取0.3時的構造深度為最大構造深度的69.1%。對于AC—10型瀝青混合料，CA比反映了2.36~4.75mm的集料與大于2.36mm集料的比例關系，CA比越小，粗集料越多。當CA比在0~0.4逐漸增大時，混合料細料比例增大，填充緊密，密實度增大，空隙減小，因而造成構造深度減小。

4 路面摩擦系數試驗

4.1 路面摩擦系數試驗方法和結果

本試驗通過擺式摩擦系數測定儀測定瀝青路面（試件）的抗滑值，反映了潮濕狀態下路面（試件）的抗滑能力。按照設定的5種級配和確定的最佳油石比（5.2%），成型車轍板。根據《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60—2008）中的路面摩擦系數試驗方法（T 0964—2008）進行試驗。試驗結果見表8和圖3。

表8 不同CA比下測定的摩擦系數

圖3 摩擦系數與CA比之間的關系

4.2 路面摩擦系數試驗結果分析

室內路面摩擦系數試驗反映了在未開放交通的條件下路面的抗滑性，其主要與路面的微觀結構有關。分析路面摩擦系數試驗結果可知，路面摩擦系數隨CA比增大有減小趨勢，但減幅不大，CA比取0.3時的摩擦系數為最大摩擦系數的84.5%。路面摩擦系數與CA比的關系有待于進一步研究。

4.3 兩個試驗之間的關系

將路面構造深度試驗結果和路面摩擦系數試驗結果結合起來進行分析，找出其內在的規律（見圖4）。

圖4 路面摩擦系數和路面構造深度之間的關系

由圖4可知，路面摩擦系數和路面構造深度之間線性相關性較好，R2為0.9567。

5 結論

采用不同的CA比，按照確定的最佳油石比成型車轍板，進行室內抗滑性試驗，以路面摩擦系數和路面構造深度作為評價指標，研究抗滑性變化規律。通過試驗得出以下結論。

（1）當CA比介于0～0.4時，路面摩擦系數和路面構造深度隨CA比的增大而減小，路面構造深度減幅相對較大。這是因為路面構造深度反映了路面的宏觀構造，受級配影響較大。而路面摩擦系數與路面微觀構造有關，主要受集料礦物組成、棱角性和表面特征的影響，級配變化對其影響相對小些。

（2）通過對路面摩擦系數和路面構造深度試驗結果進行線性回歸發現，兩種評價指標相關性較好。

（3）CA比的變化對路面抗滑性有較大影響，但CA比的取值并不能僅僅考慮抗滑性，因為往往空隙率與抗滑性相矛盾，在路面設計時，應綜合考慮。

[1]JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[2]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[3] 趙戰力.基于分形方法的瀝青路面抗滑技術研究[D].西安：長安大學，2005.

[4] 黃云涌，邵臘庚，劉朝暉.瀝青路面抗滑試驗研究[J].公路交通科技，2002，19（3）：5-8.